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James Webb a découvert du méthane dans l’atmosphère d’une exoplanète

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James Webb a découvert du méthane dans l’atmosphère d’une exoplanète

L’une des capacités étonnantes du télescope spatial James Webb est non seulement de détecter la présence de planètes lointaines, mais également de pouvoir scruter leur atmosphère pour voir de quoi elles sont constituées. Avec les télescopes précédents, cela était extrêmement difficile à réaliser car ils ne disposaient pas des instruments puissants nécessaires à ce type d’analyse, mais les scientifiques utilisant Webb ont récemment annoncé avoir effectué une détection rare de méthane dans l’atmosphère d’une exoplanète.

Les scientifiques ont étudié la planète WASP-80 b à l’aide de l’instrument NIRCam de Webb, connu sous le nom de caméra mais doté également d’un mode de spectroscopie sans fente qui lui permet de diviser la lumière entrante en différentes longueurs d’onde. En examinant les longueurs d’onde perdues en raison de l’absorption par la cible, les chercheurs peuvent déterminer de quoi est constitué l’objet – dans ce cas, l’atmosphère planétaire.

Un rendu artistique de l’exoplanète chaude WASP-80 b, qui peut paraître bleuâtre à l’œil humain en raison de l’absence de nuages ​​​​à haute altitude et de la présence de méthane dans l’atmosphère, a été identifié par le télescope spatial James Webb de la NASA, semblable aux planètes Uranus et Neptune dans notre propre système solaire. NASA

Même avec les instruments sensibles de Webb, il reste difficile de détecter une exoplanète. En effet, les planètes sont beaucoup plus petites et plus sombres que les étoiles, ce qui les rend presque impossibles à voir directement. Au lieu de cela, les chercheurs les découvrent souvent en observant les étoiles qui les entourent, en utilisant des techniques telles que la méthode du transit qui mesure la baisse de luminosité d’une étoile qui se produit lorsqu’une planète se déplace devant elle.

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« En utilisant la méthode de transit, nous avons observé le système lorsque la planète se déplaçait devant son étoile de notre point de vue, provoquant une légère diminution de la lumière des étoiles que nous voyons », a expliqué l’un des auteurs de l’étude, Louis Wilbanks de l’Arizona State University, dans son article. . déclaration. « C’est comme si quelqu’un marchait devant une ampoule et qu’elle s’éteignait. Pendant ce temps, l’étoile illumine un mince anneau de l’atmosphère de la planète autour de la limite jour-nuit de la planète, et à certaines couleurs de lumière où les molécules de l’atmosphère de la planète absorbent  » La lumière, l’atmosphère semble plus épaisse.  » Elle bloque davantage la lumière des étoiles, provoquant une atténuation plus profonde par rapport aux autres longueurs d’onde où l’atmosphère apparaît transparente. Cette méthode aide les scientifiques comme nous à comprendre ce qui compose l’atmosphère d’une planète en voyant quelles couleurs de lumière sont bloquées.

Lorsque les chercheurs ont utilisé cette méthode sur WASP-80b, ils ont trouvé des traces d’eau et de méthane dans l’atmosphère de la planète. Les planètes de notre système solaire comme Jupiter et Saturne ont également du méthane dans leur atmosphère, mais cette planète est beaucoup plus chaude, avec une température de plus de 1 000 degrés Fahrenheit. Trouver du méthane sur une planète de ce type, appelée Jupiter chaud, est passionnant car cela peut aider les scientifiques à en apprendre davantage sur les atmosphères planétaires et aussi parce que, bien qu’on le trouve couramment dans les atmosphères planétaires de notre système solaire, il est rarement détecté. des exoplanètes.

Cela pourrait également être pertinent pour la recherche de vie en dehors de notre planète. « Le méthane n’est pas seulement un gaz important dans le suivi de la composition atmosphérique et de la chimie des planètes géantes, il est également supposé être, avec l’oxygène, un marqueur potentiel pour la biologie », a déclaré Wilbanks. « L’un des principaux objectifs de l’Observatoire des mondes habitables, la prochaine mission majeure de la NASA après le télescope spatial James Webb et Roman, est de rechercher des gaz comme l’oxygène et le méthane dans des planètes semblables à la Terre en orbite autour d’étoiles semblables au Soleil. »

La recherche est publiée dans la revue nature.

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Supraconductivité à haute température : exploration du couplage électron-phonon en quadrature

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Supraconductivité à haute température : exploration du couplage électron-phonon en quadrature

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Une image conceptuelle de la formation des pôles quantiques. Les boules bleues représentent les ions chargés positivement dans le réseau matériel et les deux points rouges représentent les paires de Cooper. Crédit : Pavel A. Volkov.

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Une image conceptuelle de la formation des pôles quantiques. Les boules bleues représentent les ions chargés positivement dans le réseau matériel et les deux points rouges représentent les paires de Cooper. Crédit : Pavel A. Volkov.

Nouvelle étude publié dans Lettres d’examen physique (PRL) explore le potentiel du couplage électron-phonon en quadrature pour améliorer la supraconductivité grâce à la formation de dipôles quantiques.

Le couplage électron-phonon est l’interaction entre les électrons et les vibrations dans un réseau appelé phonons. Cette interaction est cruciale pour la supraconductivité (conductivité électrique sans résistance) de certains matériaux car elle facilite la formation de paires de Cooper.

Les paires de Cooper sont des paires d’électrons liés entre eux via des interactions attractives. Lorsque ces paires de Cooper se condensent dans un état cohérent, nous obtenons des propriétés supraconductrices.

Le couplage électron-phonon peut être classé en fonction de sa dépendance au déplacement du phonon, c’est-à-dire la quantité de vibration du réseau. Le cas le plus courant est celui où la densité électronique est couplée linéairement aux déplacements du réseau, provoquant une distorsion du réseau pour entourer chaque électron.

Les chercheurs voulaient étudier si la supraconductivité des matériaux présentant un couplage quadratique pouvait être améliorée lorsque l’énergie d’interaction est proportionnelle au carré du décalage des phonons.

Phys.org s’est entretenu avec les co-auteurs de l’étude, Zhaoyu Han, Ph.D. Candidat à l’Université de Stanford et Dr Pavel Volkov, professeur adjoint au Département de physique de l’Université du Connecticut.

Parlant de sa motivation derrière la poursuite de ces recherches, Hahn a déclaré : « L’un de mes rêves a été d’identifier et de proposer de nouveaux mécanismes qui pourraient aider à atteindre la supraconductivité à haute température. »

« La supraconductivité du titanate de strontium dopé a été découverte il y a plus de 50 ans, mais son mécanisme reste une question ouverte, les mécanismes classiques étant improbables. C’est pourquoi j’ai commencé à rechercher des mécanismes alternatifs de couplage électron-phonon », a déclaré le Dr Volkov.

Le couplage linéaire et ses défis pour la supraconductivité

Comme mentionné précédemment, le couplage peut être classé comme linéaire ou quadratique.

Le couplage linéaire fait référence au scénario dans lequel le couplage est proportionnel au déplacement des phonons. En revanche, le couplage quadratique dépend du carré du décalage des phonons.

Ils peuvent être identifiés grâce à l’étude de la symétrie de la matière, aux observations expérimentales et aux cadres théoriques. Cependant, leurs effets sur la supraconductivité semblent très différents.

Le couplage linéaire, qui apparaît dans la plupart des matériaux supraconducteurs, est largement étudié en raison de sa prévalence dans de nombreux matériaux et de son cadre théorique.

Cependant, les supraconducteurs conventionnels dotés d’un couplage électron-phonon linéaire sont confrontés à des limites. Ces matériaux ont une faible température critique, qui est la température en dessous de laquelle un matériau peut présenter une supraconductivité.

« Les températures critiques de ces supraconducteurs sont généralement inférieures à 30 Kelvin ou -243,15 degrés Celsius. Cela est dû en partie au fait que l’énergie de liaison et l’énergie cinétique de la paire Cooper sont considérablement supprimées dans les régimes de couplage faible et fort, respectivement », a expliqué Hahn.

Dans le cas d’un couplage faible, les interactions électron-phonon sont faibles en raison de la faible énergie de liaison. En couplage fort, les interactions sont plus fortes, conduisant à une augmentation de la masse effective des paires de Cooper, ce qui conduit à la suppression de la supraconductivité.

Cependant, la suppression entrave tout effort visant à améliorer les températures critiques dans de tels matériaux en augmentant simplement la force de couplage, encourageant les chercheurs à explorer des matériaux dotés d’un couplage électron-phonon quadratique, qui n’est pas bien compris.

Modèle Holstein et pôles quantiques

Le modèle Holstein est un cadre théorique utilisé pour décrire l’interaction entre les électrons et les phonons. Il a déjà été utilisé pour étudier la physique générale du couplage linéaire électron-phonon.

Les chercheurs ont étendu le modèle Holstein pour inclure le couplage électron-phonon en quadrature dans leur étude.

Le modèle Holstein aide à calculer des quantités telles que l’énergie de liaison des paires de Cooper et la température critique des supraconducteurs.

Dans les matériaux conventionnels, la liaison des électrons médiée par les phonons conduit à la formation de paires de Cooper.

L’interaction est linéaire, ce qui signifie que la force de couplage augmente avec l’amplitude des vibrations du réseau. Cette interaction peut être comprise à l’aide des principes de la physique classique et est bien étayée par des observations expérimentales telles que les effets isotopiques.

Dans le cas d’une conjonction quadratique, la situation est complètement différente. En étendant le modèle Holstein pour inclure la dépendance du second ordre du couplage au déplacement des phonons, les chercheurs ont pris en compte les fluctuations quantiques (mouvement aléatoire) des phonons et leur énergie du point zéro (l’énergie des phonons à 0 K ).

Les électrons interagissent avec les fluctuations quantiques des phonons, formant un « dipôle quantique ». Contrairement au couplage linéaire, l’origine des interactions attractives est la mécanique quantique pure.

La supraconductivité est dans la limite du couplage faible et fort

Les chercheurs ont découvert que lorsque l’interaction électron-phonon est faible, le mécanisme par lequel les électrons s’apparient pour former des paires de Cooper n’est pas efficace, comme dans le cas linéaire. Il en résulte une température critique plus basse qui peut être affectée par la masse des ions (effet isotopique), mais d’une manière différente que dans le cas linéaire.

En d’autres termes, la (basse) température critique d’une substance peut changer considérablement selon les différentes masses atomiques.

En revanche, lorsque les interactions électron-phonon sont fortes, nous obtenons la formation de dipôles quantiques, qui peuvent devenir supraconducteurs à une température déterminée par leur masse effective et leur densité.

En dessous de la température critique, les condensateurs bipolaires quantiques peuvent se déplacer librement sans perturber le cristal. Plus de mouvement conduit à un état supraconducteur, plus stable et ayant une température critique plus élevée. Contrairement au mécanisme linéaire, la masse dipolaire quantique n’est que légèrement améliorée par le couplage, ce qui permet des températures critiques plus élevées.

« Notre travail montre que ce mécanisme permet des températures de transition plus élevées, au moins pour un couplage fort. Ce qui est également positif, c’est que ce mécanisme ne nécessite aucune condition préalable particulière pour être efficace, et il existe des conditions tout à fait réalistes dans lesquelles il sera dominant », a-t-il déclaré. expliqué. Dr Volkov.

« Sur la base des constantes physiques fondamentales liées aux solides, une estimation optimiste de la température critique pouvant être atteinte par ce mécanisme pourrait être de l’ordre de 100 K », a prédit Hahn.

Travail futur

« Une implication possible, tout d’abord, serait une augmentation de la température de transition de la supraconductivité. La supraconductivité dépend également de manière sensible des propriétés des électrons ; par conséquent, pour obtenir un couplage fort, nous proposons l’utilisation de super-réseaux spécialement conçus pour les électrons. » Le Dr Volkov a expliqué.

Les chercheurs affirment que la prochaine étape, en théorie, consisterait à trouver le régime optimal de force de couplage pour la supraconductivité. Les chercheurs espèrent également que les expérimentateurs exploreront les matériaux de super-réseau présentant de grands couplages électron-phonon quadratiques.

« Expérimentalement, la création de super-réseaux via la structuration ou l’utilisation d’interfaces entre des matériaux torsadés pourrait être une voie prometteuse pour atteindre le type de supraconductivité auquel nous nous attendons », a déclaré le Dr Volkov.

Hahn a également noté qu ‘ »il est important d’identifier les matériaux présentant de grands couplages électron-phonon quadratiques grâce à des calculs préliminaires, car cela n’a pas été systématiquement exploré ».

Plus d’information:
Zhaoyu Han et al., Supraconductivité dipolaire quantique à partir du couplage électron-phonon en quadrature, Lettres d’examen physique (2024). est ce que je: 10.1103/PhysRevLett.132.226001. sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2312.03844

Informations sur les magazines :
Lettres d’examen physique


arXiv


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L’ESA fait le premier pas pour modifier ses politiques de géo-retour

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L’ESA fait le premier pas pour modifier ses politiques de géo-retour

WASHINGTON – Les États membres de l’Agence spatiale européenne ont pris des mesures pour ajuster leurs politiques de longue date qui attribuent des contrats pour les programmes de l’agence en fonction de l’importance de la contribution financière de chaque pays.

Lors d’une conférence de presse le 19 juin à l’issue d’une réunion du conseil d’administration de l’ESA, les responsables de l’agence ont déclaré que les membres avaient approuvé la « première étape » des changements apportés aux politiques de géoretour, ou géoretours, pour ses programmes. Dans le cadre du retour géographique, les fonds fournis par les États membres pour les programmes de l’ESA sont restitués sous forme de contrats aux entreprises de ces pays.

« Cela montre que l’ESA évolue vers de nouvelles conditions », a déclaré Josef Aschbacher, directeur général de l’ESA, lors de la conférence de presse.

Certains pays européens et membres de l’ESA ont critiqué le géoretour, arguant qu’il crée des inefficacités en attribuant des contrats sur la base des pays qui ont contribué aux programmes et pour quels montants, plutôt que sur la base du meilleur fournisseur. Ils affirment que cela entraîne des retards et une augmentation des coûts.

Cependant, d’autres ont averti que l’élimination du retour géographique pourrait nuire aux programmes de l’ESA en réduisant les incitations dont disposent les pays pour contribuer à ces programmes. Sans garantir que leurs entreprises reçoivent des contrats proportionnés au montant de leur contribution, les pays peuvent être réticents à fournir un financement.

La décision constitue un petit pas vers une modification des règles de retour géographique. « Nous avons présenté une décision visant à accroître la flexibilité dans la mise en œuvre des géoretours à l’ESA, mais également à simplifier le processus », a déclaré Geraldine Nga, directrice marketing de l’ESA.

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« Cela est vu comme une première étape dans une évolution plus générale de la politique industrielle, prenant en compte un contexte spatial totalement nouveau, qui nécessite une plus grande agilité et rapidité de prise de décision de la part de l’ESA tout en maintenant le principe de retour géographique, indispensable pour l’ESA », a-t-elle déclaré, « et nous a permis de construire une chaîne d’approvisionnement très solide en Europe ».

Les responsables de l’ESA n’ont pas expliqué les changements spécifiques au géoretour approuvés par le conseil dans la résolution, mais Aschbacher a suggéré qu’ils s’appuieraient sur une proposition faite il y a plusieurs années selon laquelle l’ESA organiserait un concours pour un programme, choisirait le soumissionnaire gagnant et chercherait ensuite un financement auprès de États membres. .

« C’est quelque chose que nous aimerions maintenant mettre en pratique sur quelques exemples », a-t-il déclaré. La nouvelle politique démarrera dans des programmes pilotes que l’ESA n’a pas encore choisis. « Nous n’avons pas encore identifié les bonnes personnes, mais je suis sûr que nous avons de bons candidats en tête. »

Les membres de l’ESA ont approuvé la décision après une discussion « intensive », a déclaré Aschbacher. Les ajustements au retour géographique ne sont qu’un élément des changements proposés par le Comité de la politique industrielle, mais il n’a fait aucune mention d’autres propositions de ce comité.

« Il existe une ouverture parmi nos États membres pour procéder à de réels ajustements et voir ce qui est le mieux pour une industrie compétitive en Europe », a-t-il déclaré. « Cependant, certains États membres ont déclaré que c’était une bonne chose. Nous avons fait des progrès très importants sur cette étape, mais nous devrions peut-être l’utiliser comme point de départ pour de nouveaux développements et de nouvelles discussions. »

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L’homme et le changement climatique ont conduit à l’extinction du rhinocéros laineux les sciences

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C’est ce que l’armée appelle une manœuvre d’encerclement. Après 2,5 millions d’années de prospérité à travers l’Eurasie, le rhinocéros laineux a émergé (Coelodonta antique) Ils se retirèrent de plus en plus à l’est et au nord en fuyant le climat défavorable. Cette espèce a ensuite été anéantie par les Néandertaliens et les humains modernes. Finalement, lorsque la période glaciaire est passée et que la planète est entrée dans l’ère actuelle, il n’en restait que quelques-uns dans l’extrême nord-est de la Sibérie. Ils ne pouvaient pas traverser le détroit de Béring vers l’Amérique ; Ils ont disparu plus tôt. Aujourd’hui, la modélisation de ce déclin permet de répartir les responsabilités : les fluctuations climatiques ont créé le lit de mort, et la chasse humaine a mis le clou dans le cercueil. Les auteurs de la nouvelle étude estiment que quatre des cinq espèces de rhinocéros restantes sont également sur la même voie vers l’extinction. Mais ils ont plusieurs issues.

L’extinction de la plupart de la mégafaune du Pléistocène supérieur (une catégorie qui fait vaguement référence aux animaux pesant plus de 1 000 kilogrammes) est l’un des plus grands mystères pour les paléontologues. Ce groupe comprend jusqu’à 65 espèces qui existaient bien avant le début de la dernière période glaciaire (il y a environ 126 000 ans), telles que les mammouths, les glyptodontes, les mastodontes, les rhinocéros laineux et les ours des cavernes. Ils étaient encore sur Terre lorsque les humains modernes ont commencé leur expansion depuis l’Afrique pour atteindre l’Europe occidentale il y a environ 55 000 ans. Pendant des milliers d’années, les Néandertaliens, Homo Le sage Et de nombreuses grandes espèces – à la fois d’énormes herbivores et carnivores qui feraient ressembler un lion à un gros chat – vivent ensemble. Mais à la fin de cette période, qui a culminé avec la fin de la période glaciaire il y a environ 12 000 ans, laissant la place à l’époque chaude de l’Holocène, les espèces restantes de grands animaux pouvaient être comptées sur les doigts d’une main. Aujourd’hui, à l’exception des bisons d’Europe et d’Amérique, seuls les hippopotames, les éléphants et les rhinocéros subsistent en Afrique, tandis que d’autres espèces de ces deux derniers vivent en Asie du Sud. L’étude du rhinocéros laineux pourrait aider à déterminer ce qui est arrivé aux espèces disparues et ce qui attend les espèces restantes.

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Des chercheurs de plusieurs universités européennes, australiennes et chinoises ont compilé des centaines de références à des restes de rhinocéros laineux (soit dans les archives fossiles, sous forme d’os, ou dans leur ADN ancien) datant des 52 000 dernières années et les ont introduites dans un modèle de simulation, qui incluait également l’évolution du climat en Eurasie (cette espèce peut être trouvée de la péninsule ibérique jusqu’à la limite orientale de l’Asie). Cette approche de modélisation a également pris en compte la présence des Néandertaliens dans les archives fossiles et l’occupation progressive des terres par l’homme moderne. La datation et la localisation de chaque enregistrement ont permis aux chercheurs de créer une carte dynamique de l’évolution de la répartition du rhinocéros laineux au fil du temps. La carte et l’ensemble de l’ouvrage, Publié dans la revue scientifique Avec des gensIl s’avère que le changement climatique ne les a pas anéantis, comme le prétendent les Sauriens. Ni les différentes espèces humaines, comme le prétendent les Troyens. C’était une combinaison des deux facteurs.

« Nous lui avons donné un coup de grâce, mais c’était déjà une espèce très malade et elle est entrée dans une dynamique négative récessive, principalement due au changement climatique », explique David Noges, professeur à l’Université de Copenhague (Danemark) et auteur de l’ouvrage. étude. Co-auteur de l’étude. Lorsque les humains modernes sont arrivés et se sont étendus à travers l’Eurasie au milieu du Pléistocène, ils ont incorporé de grands herbivores tels que les mammouths ou les rhinocéros laineux dans leur alimentation. Mais les archives fossiles ne révèlent un déclin significatif du nombre d’animaux que plusieurs milliers d’années plus tard. « Nous découvrons des différences à mesure que la planète se dirige vers le maximum de glace », ajoute-t-il.

La dernière période glaciaire, appelée glaciation chaude, a connu son pic de froid il y a entre 26 000 et 20 000 ans, lorsque la glace de l’hémisphère nord couvrait jusqu’à la limite supérieure de ce qui est aujourd’hui les États-Unis et l’Allemagne. Au sud, il y avait des centaines de kilomètres de pergélisol. « Ce qui est arrivé aux écosystèmes, c’est que la productivité des plantes s’est effondrée. Cela signifie que les herbivores avaient moins de nourriture », explique Noges.

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Le cercueil était prêt. Le rhinocéros laineux a commencé à disparaître d’Europe et de presque toute la Sibérie, l’espèce étant limitée à la bande sud de la Sibérie, au plateau tibétain et, plus au nord, à la Béringie. Selon les archives fossiles, les rhinocéros sont également devenus une partie plus importante de l’alimentation des humains modernes, qui, en plus des lances, ont commencé à utiliser des flèches et d’autres projectiles comme armes de chasse. « Cela a montré qu’il y a 30 000 ans, une combinaison de températures froides et d’une chasse humaine réduite et soutenue a réduit la répartition du rhinocéros laineux vers le sud, piégeant des habitats isolés et se dégradant rapidement à la fin de la dernière période glaciaire. » Damien Fordham, de l’Université d’Adélaïde et auteur principal de l’étude, a déclaré : Dans un communiqué de presse.

Mais le clou du cercueil a été le passage à des climats plus chauds. Après le maximum glaciaire, un lent réchauffement commence pendant environ 10 000 ans. Les calottes glaciaires reculent, libérant de vastes zones qui étaient à nouveau disponibles pour les grands herbivores. « À mesure que la Terre fondait et que les températures augmentaient, les populations de rhinocéros laineux étaient incapables de coloniser de nouveaux habitats importants qui s’ouvraient dans le nord de l’Eurasie, ce qui les déstabilisait et s’effondrait, conduisant à leur extinction », a déclaré Fordham.

Les chercheurs admettent qu’ils ne savent pas exactement ce qui s’est passé, mais le rhinocéros laineux n’apparaît plus dans les archives fossiles de la plupart des terres qu’il occupait autrefois. Ils utilisent la théorie des systèmes écologiques pour expliquer ce déclin : les populations restantes se trouvaient dans un habitat fragmenté et isolé. D’après ce que l’on sait des rhinocéros modernes, leurs déplacements sont très limités et, avec la fragmentation, il y a moins d’échanges génétiques entre les groupes, ce qui peut réduire leur capacité à s’adapter aux changements environnementaux. À chaque génération, il y avait moins de rhinocéros à cause de la chasse.

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Les derniers rhinocéros laineux ont survécu, comme les mammouths, à l’extrême nord-est, du côté asiatique du détroit de Béring. Pendant le maximum glaciaire, la Béringie est restée relativement libre de glace et est devenue un refuge climatique. Mais cette espèce était condamnée. Les derniers spécimens de rhinocéros laineux ont disparu il y a un peu plus de 9 000 ans.

« Les extinctions ne sont pas l’extinction du dernier individu. Ces choses ne sont pas un événement, mais un processus », souligne Nogues. « Il existe différentes routes qui mènent à l’extinction. Il n’y en a pas qu’un seul, mais ce que nous savons, c’est que ce qui a conduit à l’extinction du rhinocéros laineux est ce dont toutes les autres espèces de rhinocéros survivent, avec les mêmes processus : fragmentation de l’habitat, chasse et incapacité des groupes à communiquer. … »

Cela arrive aux rhinocéros noirs et aux trois espèces de rhinocéros asiatiques. La sous-espèce blanche du nord est presque éteinte, avec seulement deux spécimens restant en captivité. Mais Nogues estime que cette fois, contrairement au passé, l’homme est conscient de sa responsabilité et de sa capacité à offrir une alternative à l’extinction : « Il existe une espèce, le rhinocéros blanc, dont la population dans le sud était à peine de 100 animaux il y a un siècle. ; Il ya un siècle. » Il existe désormais plus de 18 000 échantillons. C’est l’un des exemples classiques selon lesquels lorsque l’on combine l’argent, le désir, les ressources, les moyens et les décisions politiques, on peut restaurer le monde naturel.

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